Участок по переработке лома твёрдых сплавов способом хлорирования (стр. 4 из 13)
2) Окисление кислородом.
Возможна также переработка кусковых отходов твёрдых сплавов по схеме, предусматривающей окисление кислородом при 900-1000°С с последующим выщелачиванием WO3 из продукта обжига растворами соды или щелочи; можно перерабатывать и кусковые отходы твердых сплавов, содержащих вольфрам [3].
3) СВС-процесс
Для переработки отходов твердосплавного инструмента на основе карбидов тугоплавких металлов, содержащих Та, Nb, W, V, предложено использовать процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-процесс), который значительно интенсифицирует вскрытие отходов [4].
3.3. Основные этапы подготовки лома твёрдых сплавов.
Для правильной организации сбора, хранения, обезвреживания, обогащения и переработки вторичного сырья необходимо знать его состав, количество и свойства.
Перед выбором способа переработки вторичного сырья следует учитывать, что его состав в большинстве случаев существенно отличается от первичного. Поскольку в процессе эксплуатации может существенно изменяться вещественный и фазовый состав вторичного сырья (испарение, взаимная диффузия металлов и др.), возможно накопление токсичных и взрывоопасных соединений, загрязнение продуктами смазки и окисления. Это требует дополнительных операций, особенно на стадии обогащения.
Основные этапы подготовки лома твёрдых отходов включает:
Контроль радиоактивности, взрывоопасности и токсичности сырья. Особенно это касается лома изделий военной техники, в которых могут содержаться взрывчатые вещества, остатки твердого и жидкого топлива. Такое вторичное сырьё обязательно подвергается входному контролю на взрывобезопасность и присутствие токсичных и радиоактивных веществ.
Удаление и обезвреживание химических, взрыво - и радиационноопасных составляющих поступившего вторичного сырья;
Сортировка и выбор способа обогащения вторичного сырья, обычно это ручная сортировка.
Обезжиривание. Отсортированные грязные отходы загружают в установку для обезжиривания, где циркулируют пары перхлорэтилена. Этот растворитель удаляет смазку и масло. Смесь паров затем конденсируется для извлечения растворителя. Вредно воздействие перхлорэтилена.
Обдувка. Для удаления грязи, оксидов и ржавчины, обезжиренные отходы обдуваются дробью или металлическим порошком.
Травление и химическая обработка. Отходы от обдувки обрабатываются кислотами, чтобы устранить остаточную коррозию и окисные загрязнители.
Перед переработкой вторичное сырье нужно, пакетировать или (если это крупногабаритные детали) разрезать на куски, удобные для шихтовки или для дальнейшей переработки. В современной практике далеко не всегда имеются эффективные способы осуществления этих операций
Особо следует учитывать при разработке технологической схемы экологические проблемы. Выбранная схема должна характеризоваться минимальными объемами твердых отходов и сбросных растворов, предусматривать улавливание и утилизацию газообразных продуктов; по возможности не должны использоваться ядовитые вещества (ртуть, кадмий и др.).
Для переработки многокомпонентного вторичного сырья, разрабатывается, как правило, несколько альтернативных схем. Они подвергаются опытно-промышленной проверке, а затем выбирается схема, оптимальная по технико-экономическим, экологическим и другим показателям [6].
3.4. Исходные данные:
Сырье (вторичное): Лом твердых сплавов - режущие части металлорежущих инструментов (резцы, фрезы, сверла и т.п.), брак при изготовлении инструментов, фильеры, стеклорежущий инструмент, шары из мельниц барабанного типа, жаропрочные покрытия частей реактивных двигателей, футеровки химических реакторов и т.п.
Фазовый состав: Гетерогенный материал, представляющий собой смесь карбидной фазы (карбидов вольфрама и титана), связующий материал - металлический кобальт, металлические сплавы основы инструмента (чаще всего сталь марки СТ3, инструментальные и нержавеющие стали), паечные и сварные материалы (медь, цинк, олово, свинец), возможно присутствие керамических материалов.
Химический состав: Вольфрам, титан, кобальт, углерод, железо, хром, никель, медь и др.
Гранулометрический состав: Куски размером до 150-200 мм неправильной формы, обломки 5-50 мм, порошки 0,1-1,5 мм, пылевидный частицы до 30 мкм.
Свойства: а) механические - исключительно твердые и хрупкие карбиды, более мягкие металлические сплавы, мягкие паечные материалы (привести данные по шкале твердости Нб);
б) химические - растворимость в различных реагентах, действие газообразного хлора на твердую фазу, действие хлора на тот же материал, находящийся в расплаве хлоридов (натрия, калия или др. элементов) окисляемость при нагревании и обжиге и т.д.
Объем переработки: 10 тонн в год.
Способ переработки: Хлорирование лома твердых сплавов с получением TiCl4, WОСl4 и последующей переработкой на товарный TiO2 и WO3
Задание:
Выбрать способ хлорирования и составить схему переработки вторичного сырья (лома твердых сплавов)
Рассчитать материальный и тепловой баланс (химический состав сырья рассчитать, исходя из тв. сплава марки Т15К6 (15% карбида титана 6% металлического кобальта, остальное – карбида вольфрама), количество твердосплавной фазы принять 90%, Остальные 10% составляют примеси:
(железо - 7%, медь - 0,3%, цинк - 0,3%, хром - 0,7%, никель - 0,7%, марганец - 0,9%, кремний - 0,1%).
Подобрать необходимое технологическое оборудование.
Оценить данный процесс с точки зрения безопасности.
3.5. Свойства компонентов вторичного сырья, которые могут быть использованы при разработке принципиальной технологической схемы процесса переработки сырья [6].
Таблица 3.5.1
| Компонент | Состав компонента% | Содержание во вторичном сырье% | Плотность, кг/м3 | Температура плавления, oC | Электрическое сопротивление, Ом·м | Тип магнетика | Краткие химические свойства компонента |
| Твёрдый сплав Т15К6 | TiC ~ 15,0 Co ~ 6,0 Остальное WC | 90 | 11100–11600 | - | ~ 10 · 10-8 | Парамагнетик | Устойчив против воздействия кислот и щелочей, не окисляются на воздухе до температуры 600-800°С. |
| Сталь СТ3 | C ~ 0,1 – 0,22 Si ~ 0,15 – 0,3 Mn ~ 0,4 – 0,65 Ni до 0,3 Cr до 0,3 Cu до 0,3 Остальное Fe | 9,4 | 7700-7800 | 1300-1400 | ~ 9,0 · 10-8 | Ферромагнетики | Медленно окисляется во влажном воздухе. Не реагирует с водой, гидратом аммиака; пассивируется в концентрированных серной и азотной кислотах, разбавленных щелочах. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами, неметаллами, монооксидом углерода. Вытесняет благородные металлы из их солей в растворе. |
| Инструмен-тальная сталь | C ~ 0.8 - 1.0 Si ~ 0.25 Mn ~ 0.25 - 0.30 Cr ~ 0.15 Остальное Fe | ||||||
| Нержавеющая сталь | C < 0,12 Si ~ 1.0 Mn ~ 1,5 Ni ~ 5.0 Cr ~ 15 Остальное Fe | Не реагируют с водой, щелочами, гидратом аммиака; пассивируется в концентрированных серной и азотной кислотах, разбавленных щелочах. Медленно реагирует с разбавленными HCl и H2SO4 кислотами. | |||||
| Паечные материалы | 55% Cu, остальное Zn | 0,6 | 8400 | 1343 - 1143 | 40 · 10-8 | Диамагнетик | Не реагируют с водой, разбавленной хлороводородной кислотой. Переводится в раствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии О2, цианидом калия. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, "царской водкой", кислородом, галогенами, халькогенами, оксидами неметаллов. Реагирует при нагревании с галогеноводородами. |
3.6 Обоснование выбора стадий предварительной обработки сырья.
Первые стадии переработки лома связаны с операциями измельчения и обогащения.
Измельчение обычно проводят в молотковых дробилках с классификацией и возвратом крупной фракции на начальную стадию.
Для разделения сложного многокомпонентного вторичного сырья применяют различные методы обогащения: воздушную сепарацию, гидродинамическое обогащение, электростатическую сепарацию, магнитную сепарацию, флотацию и др.
Электромагнитная сепарация
Метод основан на различии в магнитных свойствах компонентов вторичного сырья.
При разработке схемы переработки сырья можно использовать электромагнитную сепарацию. Данный метод позволит нам легко отделить сильномагнитные частицы − ферромагнетики.
Таблица.3.6.1 Магнитная восприимчивость материалов.
| Вид материала | Магнитная восприимчивость материалов − χ | Рекомендуемая напряженность магнитного поля, кА/м |
| Ферромагнетики (Сталь) | χ>>1 | 100 − 150 |
Электростатическая сепарация
Метод основан на различии в электропроводности, электроёмкости и диэлектрических свойствах сырья.
При разработке схемы переработки сырья невозможно использовать электростатическую сепарацию т. к. в исходном сырье нет диэлектриков.
Гравитационное обогащение
Метод основан на различии в плотностях и скоростях падения частиц разделяемого сырья в воздухе (пневматический метод) или в жидких средах (гидродинамический метод).
Таблица 3.6.2. Плотность компонентов. [кг/м3]
